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第1章 概述1

1.1 汽车百年回顾1

1.2 能源安全和环境保护7

1.3 美国政府的PNGV计划10

1.4 汽车工业和技术的未来发展方向17

1.5 从化石燃料时代向氢能和可再生能源时代过渡18

参考文献20

第2章 整车行驶工况与性能匹配22

2.1 汽车行驶工况概述22

2.2 国外汽车行驶工况介绍23

2.2.1 美国行驶工况23

2.2.2 欧洲行驶工况26

2.2.3 日本行驶工况28

2.3 我国行驶工况的发展状况28

2.4 行驶工况的特征分析30

2.5 汽车行驶工况开发方法32

2.5.1 开发规划32

2.5.2 数据的获取33

2.5.3 数据的分析与处理34

2.5.4 工况的解析与合成35

2.5.5 工况的验证35

2.6 行驶工况在整车性能分析和匹配研究中的应用36

2.6.1 确定动力性能指标36

2.6.2 整车参数匹配与仿真37

2.6.3 整车能量消耗和排放试验39

参考文献39

第3章 电动汽车驱动电机及其控制系统41

3.1 概述41

3.2 直流电机驱动系统41

3.2.1 直流电机工作原理41

3.2.2 直流电机数学方程43

3.2.3 直流电机机械特性分析44

3.2.4 直流电机控制器原理46

3.2.5 直流电机驱动系统的特点47

3.3 交流感应电机驱动系统47

3.3.1 交流感应电机工作原理47

3.3.2 基于感应电机稳态模型的变压变频调速49

3.3.3 交流感应电机矢量控制算法51

3.3.4 交流感应电机直接转矩控制算法54

3.3.5 交流感应电机驱动系统特点55

3.4 交流永磁电机驱动系统55

3.4.1 交流同步电机工作原理56

3.4.2 永磁同步电机数学模型及控制系统57

3.4.3 无刷直流电机工作原理58

3.4.4 无刷直流电机数学模型及控制系统59

3.4.5 交流永磁电机驱动系统特点61

3.5 开关磁阻电机61

3.5.1 开关磁阻电机工作原理61

3.5.2 开关磁阻电机的数学模型62

3.5.3 电动汽车SR电机控制系统63

3.5.4 开关磁阻电机驱动系统的特点64

3.6 电机驱动系统总结64

参考文献65

第4章 动力电池系统67

4.1 概述67

4.2 动力电池的基本术语69

4.3 电动车辆对电池性能的要求70

4.3.1 纯电动汽车电池的工作要求70

4.3.2 混合动力汽车对电池的工作要求71

4.3.3 可外接充电式混合动力汽车（PHEV）对电池的工作要求71

4.3.4 电动车用电池的具体指标要求举例72

4.4 电动车用电池的主要种类及特点74

4.4.1 铅酸电池74

4.4.2 镍氢电池75

4.4.3 锂离子电池77

4.4.4 ZEBRA电池80

4.5 电池测试方法82

4.5.1 单体、模块与电池组82

4.5.2 电动汽车动力电池国内标准83

4.5.3 国外动力电池的试验方法83

4.6 电池管理系统85

4.6.1 电池管理系统概述85

4.6.2 电动汽车电池管理系统举例86

4.7 电动车用电池管理的关键技术87

4.7.1 电池模型应用87

4.7.2 SOC估计92

4.7.3 电池组热管理95

4.8 动力电池技术前景展望99

参考文献100

第5章 超级电容与飞轮储能装置104

5.1 超级电容的研究现状104

5.2 超级电容的储能机理及分类105

5.2.1 超级电容的储能机理105

5.2.2 超级电容的分类107

5.3 碳镍体系超级电容109

5.3.1 充电过程109

5.3.2 放电过程110

5.4 超级电容的模型110

5.4.1 超级电容的理论模型110

5.4.2 超级电容等效电路模型113

5.5 超级电容在电动汽车上的应用115

5.5.1 超级电容与动力电池的比较115

5.5.2 超级电容组的电压均衡问题116

5.5.3 超级电容在车辆上的应用118

5.6 飞轮储能装置119

5.6.1 飞轮储能装置的结构及原理119

5.6.2 飞轮储能装置与其他储能装置的比较122

5.6.3 飞轮储能装置发展现状123

5.6.4 飞轮储能装置关键技术125

参考文献126

第6章 质子交换膜燃料电池128

6.1 燃料电池概述128

6.1.1 燃料电池的分类128

6.1.2 车用燃料电池及其关键技术130

6.1.3 燃料电池的性能指标132

6.2 质子交换膜燃料电池的工作原理134

6.3 膜电极135

6.3.1 聚合物电解质膜136

6.3.2 电催化剂140

6.4 双极板142

6.5 燃料电池的水管理和热管理145

6.5.1 燃料电池的水管理145

6.5.2 燃料电池的热管理149

6.6 增压式燃料电池和常压式燃料电池150

6.6.1 增压式燃料电池151

6.6.2 常压式燃料电池153

6.7 燃料电池的相关计算155

6.7.1 燃料电池单体的电压及效率的计算155

6.7.2 空气流量计算159

6.7.3 氢气流量160

6.7.4 水的生成量计算160

参考文献161

第7章 电动转向、制动及其他电动化辅助系统162

7.1 电动助力转向系统162

7.1.1 电动助力转向系统概述162

7.1.2 电动助力转向系统的分类163

7.2 用于电动车辆的气压制动系统170

7.2.1 电动车辆的空气压缩机控制回路170

7.2.2 电动制动空气压缩机172

7.3 电动制动器（EMB）174

参考文献176

第8章 电动汽车的电气系统178

8.1 电气系统概述178

8.1.1 低压电气的控制逻辑178

8.1.2 高压电气系统179

8.2 电源变换器180

8.2.1 电动汽车中的电源变换器180

8.2.2 降压变换器181

8.2.3 升压变换器182

8.2.4 双向电源变换器183

8.3 电气系统的电磁兼容性186

8.3.1 电磁兼容概述187

8.3.2 电磁噪声的分析187

8.3.3 电磁噪声的传播189

8.3.4 减少电磁干扰的主要措施191

8.4 电动汽车的电气安全技术197

8.4.1 电气绝缘检测的一般方法197

8.4.2 电动汽车电气绝缘性能的描述198

8.4.3 绝缘电阻检测原理198

参考文献199

第9章 纯电动车辆200

9.1 纯电动车辆概述200

9.2 美国的电动汽车计划和通用汽车公司的纯电动轿车EV-1201

9.3 美国TESLA Motors公司的纯电动跑车Tesla Roadster206

9.4 法国的电动汽车发展历程和标致-雪铁龙集团的纯电动轿车207

9.5 日本的纯电动汽车研发概况209

9.6 中国的纯电动汽车和电动汽车示范基地209

9.7 小型电动车和电动工程车210

9.7.1 小型电动车介绍210

9.7.2 小型电动车的一般结构215

9.7.3 四轮小电动车的安全设计标准219

参考文献219

第10章 混合动力电动汽车221

10.1 混合动力电动汽车概述221

10.2 传统内燃机车辆的能量利用情况223

10.3 混合动力驱动系统的节能潜力225

10.4 混合动力汽车的排放问题227

10.5 混合动力电动车的分类227

10.5.1 串联混合动力系统230

10.5.2 并联混合动力系统231

10.5.3 混联式混合动力电动车236

10.6 混合动力电动车的能量管理与控制策略240

10.6.1 串联式混合动力系统的工作模式241

10.6.2 并联式混合动力系统的工作模式241

10.6.3 混合动力系统的能量管理策略242

10.7 可外接充电式混合动力汽车（PHEV）243

10.7.1 PHEV的发展背景243

10.7.2 PHEV的工作模式244

10.7.3 PHEV的研发现状245

10.7.4 当前PHEV研究的主要问题250

10.8 不同类型混合动力车与传统汽油车总效率的比较252

参考文献253

第11章 燃料电池汽车255

11.1 燃料电池汽车的基本结构255

11.2 燃料电池汽车动力系统的参数匹配方法257

11.2.1 理想的动力驱动系统的参数优化匹配方法258

11.2.2 实用的动力驱动系统的参数优化匹配方法260

11.2.3 整车参数、动力性指标与目标工况261

11.3 燃料电池汽车燃料经济性的计算262

11.3.1 燃料电池系统氢气消耗量的计量方法262

11.3.2 蓄电池等效氢气消耗量的折算265

11.4 燃料电池汽车动力驱动系统的参数匹配举例267

11.4.1 车辆行驶需求功率及功率谱分析268

11.4.2 驱动电机参数的选择272

11.5 传动系速比的选择275

11.5.1 传动系最小传动比的选择276

11.5.2 传动系最大传动比的选择276

11.5.3 固定速比齿轮传动系的传动比选择278

11.6 动力源参数匹配与系统构型分析279

11.6.1 双动力源之间的基本能量分配策略279

11.6.2 “FC+B_DC/DC（功率混合型）”构型的能量分配策略280

11.6.3 “FC_DC/DC+B（能量混合型）”构型的能量分配策略283

11.6.4 燃料电池系统的特性参数283

11.6.5 蓄电池系统的参数选择284

11.7 国外燃料电池汽车的研究进展286

11.7.1 美国通用汽车公司286

11.7.2 美国福特汽车公司289

11.7.3 加拿大巴拉德动力系统290

11.7.4 戴姆勒-奔驰汽车公司290

11.7.5 日本丰田汽车公司294

11.7.6 日本本田汽车公司296

参考文献298

第12章 整车控制与系统仿真300

12.1 整车控制系统及其功能分析300

12.1.1 控制对象300

12.1.2 整车控制系统结构302

12.1.3 整车控制器功能303

12.2 整车控制器开发304

12.2.1 开发模式304

12.2.2 硬件在环开发系统307

12.2.3 仿真模型310

12.2.4 快速控制器原型317

12.3 能量管理策略及其优化320

12.3.1 混联式混合动力系统320

12.3.2 燃料电池串联式系统323

12.4 整车通信系统326

12.4.1 CAN总线及其应用327

12.4.2 TTCAN协议及通信实时性分析329

12.4.3 FlexRay总线及其应用334

12.5 整车容错控制系统337

12.5.1 容错单元及容错控制系统338

12.5.2 容错的CAN通信系统341

参考文献344

第13章 充电装置与氢系统基础设施345

13.1 充电装置与电动汽车345

13.1.1 充电装置与电动汽车及电池系统的安全性345

13.1.2 充电装置与电池组使用寿命和电动汽车的运行成本346

13.1.3 充电装置和纯电动汽车的能耗指标347

13.1.4 充电设备与运行管理成本348

13.2 电动汽车充电装置的分类348

13.3 电动汽车充电技术和充电装置研究的进展352

13.3.1 电动汽车充电技术研究取得的成果352

13.3.2 电动汽车充电装置系统集成技术新进展356

13.3.3 非接触电力传输充电装置研究的最新进展358

13.4 电动汽车充电站的构架方案358

13.5 电动汽车充电装置的展望364

13.6 燃料电池汽车和氢燃料364

13.6.1 燃料电池和氢燃料364

13.6.2 氢的基本性质365

13.7 氢燃料的制取366

13.7.1 电解水制氢367

13.7.2 天然气蒸汽重整制氢368

13.7.3 来自焦化厂、氯碱工厂或石油精炼厂的副产品氢369

13.7.4 集中与分布制氢的氢成本比较370

13.8 加氢站构成与系统方案370

13.8.1 加氢站组成371

13.8.2 加氢站系统类型372

13.8.3 加氢机373

13.8.4 加氢站建设成本374

13.8.5 全球主要燃料电池大客车示范项目的加氢站375

13.9 氢安全381

参考文献382

第14章 标准与法规385

14.1 我国电动汽车标准法规的现状385

14.2 国外电动车辆标准化组织及所制定的标准简介388

14.2.1 国际标准化组织388

14.2.2 国际电工委员会389

14.2.3 欧洲标准化技术委员会／电驱动道路车辆技术委员会391

14.2.4 联合国世界车辆法规协调论坛391

14.2.5 美国汽车工程师学会392

14.2.6 美国电动运输协会标准393

14.2.7 日本电动车辆协会393

参考文献394